[论文解读] uvby-βphotometry of high-velocity and metal-poor stars XI. Ages of halo and old disk stars

W. J. Schuster, A. Moitinho+3 more|arXiv (Cornell University)|Oct 11, 2005

Stellar, planetary, and galactic studies参考文献 96被引用 53

一句话总结

本研究利用1,533颗高速、低金属量恒星的uvby-β测光数据，推导出恒星年龄与银河系运动学，揭示出两个年龄分别为约10和12.5 Gyr的厚盘成分，以及一个平均年龄为13.0 ± 0.2 Gyr的晕族恒星。结果支持分层星系形成模型，恒星形成事件与吸积事件相关联，且根据WMAP数据约束，晕族恒星在大爆炸后仅0.7 ± 0.3 Gyr即已形成。

ABSTRACT

New uvby-βdata are provided for 442 high-velocity and metal-poor stars; 90 of these stars have been observed previously by us, and 352 are new. When combined with our previous two photometric catalogues, the data base is now made up of 1533 high-velocity and metal-poor stars, all with uvby-βphotometry and complete kinematic data, such as proper motions and radial velocities taken from the literature. Hipparcos, plus a new photometric calibration for M_v also based on the Hipparcos parallaxes, provide distances for nearly all of these stars; our previous photometric calibrations give values for E(b-y) and [Fe/H]. The [Fe/H],V(rot) diagram allows us to separate these stars into different Galactic stellar population groups, such as old-thin-disk, thick-disk, and halo. The X histogram, where X is our stellar-population discriminator combining V(rot) and [Fe/H], and contour plots for the [Fe/H],V(rot) diagram both indicate two probable components to the thick disk. These population groups and Galactic components are studied in the (b-y)_o,M_v diagram, compared to the isochrones of Bergbusch & VandenBerg (2001), to derive stellar ages. The two thick-disk groups have the mean characteristics: ([Fe/H], V(rot), Age, σ_W') ~ (-0.7 dex, 120 km/s, 12.5 Gyr, 62.0 km/s), and ~(-0.4, 160, 10.0, 45.8). The seven most metal-poor halo groups, -2.31 <= [Fe/H] <= -1.31, show a mean age of 13.0 +/-0.2 (mean error) Gyr, giving a mean difference from the WMAP results for the age of the Universe of 0.7 +/- 0.3 Gyr. These results for the ages and components of the thick disk and for the age of the Galactic halo field stars are discussed in terms of various models and ideas for the formation of galaxies and their stellar populations.

研究动机与目标

• 利用uvby-β测光与运动学数据，精确测定晕族与古老盘族恒星的年龄。
• 通过年龄与金属量分布，研究银河系厚盘的结构与形成历史。
• 通过将推导出的恒星年龄与WMAP提供的宇宙学约束进行比较，检验分层星系形成模型。
• 在[Fe/H], V(rot)图中识别出不同的恒星族成分，并评估其运动学与年龄特征。
• 考察银河系晕族的形成时间线，及其与宇宙年龄和第三星族恒星形成时间的一致性。

提出的方法

• 获取了442颗新发现的高速、低金属量恒星的uvby-β测光数据，补充至先前包含1,091颗恒星的数据库。
• 将测光数据与文献中获取的径向速度和自行数据结合，推导出完整的三维运动学参数。
• 利用Hipparcos视差与新的测光校准方法，为几乎所有恒星推导出绝对星等与距离。
• 应用测光校准，根据(b−y)0与β指数确定[Fe/H]与E(b−y)。
• 利用X判别因子（结合[Fe/H]与V(rot)）及[Fe/H], V(rot)平面的等高线图，绘制恒星族分布。
• 将观测到的(b−y)0, M_V图与Bergbusch & VandenBerg (2001)的等龄线进行比较，推导出单颗恒星的绝对年龄。

实验结果

研究问题

• RQ1 基于uvby-β测光，银河系晕族与古老盘族恒星的年龄是什么？
• RQ2 厚盘内部是否存在不同的成分？其运动学与年龄特征如何？
• RQ3 最金属量贫乏的晕族恒星的推导年龄与WMAP约束的宇宙年龄相比如何？
• RQ4 [Fe/H], (b−y)0图提供了哪些证据，表明晕族存在分阶段的恒星形成？
• RQ5 观测到的恒星族分布在多大程度上支持分层星系形成模型？

主要发现

• 最金属量贫乏的晕族恒星（[Fe/H]在−2.31至−1.31 dex之间）的平均年龄为13.0 ± 0.2 Gyr。
• 该平均晕族年龄仅比WMAP测定的宇宙年龄年轻0.7 ± 0.3 Gyr，表明其形成极早。
• 识别出两个截然不同的厚盘成分：一个[Fe/H] ≈ −0.7 dex，V(rot) ≈ 120 km/s，年龄 ≈ 12.5 Gyr；另一个[Fe/H] ≈ −0.4 dex，V(rot) ≈ 160 km/s，年龄 ≈ 10.0 Gyr。
• 这两个厚盘成分具有不同的速度弥散度：分别为62.0 km/s与45.8 km/s。
• [Fe/H], (b−y)0图显示在[Fe/H]为−1.5至−0.9 dex范围内存在一个更蓝的恒星族，表明约5.5 Gyr前曾发生一次恒星形成事件，可能与并合或吸积事件有关。
• 观测到的晕族与厚盘的年龄与运动学结构与分层星系形成模型一致，例如Abadi et al. (2003)的模型，该模型预测在8.5、10.0、11.5和13.0 Gyr发生星暴事件。